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本研究从EGFP转基因雄鼠和昆明雌鼠来源的杂种囊胚中成功分离出胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs),并进行了形态学观察、核型分析、碱性磷酸酶染色、OCG4染色和SSEA-1染色、类胚体和畸胎瘤分化实验等一系列的检测。为了探究ES细胞的体内分化潜能,我们通过囊胚注射技术制备了嵌合小鼠。将所得到的嵌合体小鼠与昆明小鼠进行交配以检验该细胞系是否具有生殖系转化能力。
一、杂种胚胎来源的ES细胞系的分离与鉴定
1.超排处理的6周龄以上昆明雌鼠与单笼饲养的EGFP转基因雄鼠(8周龄)合笼,次日见阴道栓为0.5d,3.5d后剖腹用M<,2>进行子宫冲卵。收集到20枚杂交胚胎,其中囊胚15枚,桑椹胚5枚。选择7枚形态良好的囊胚直接放在处理后的饲养层上,用ES细胞培养液培养,囊胚孵出透明带并且贴壁生长的时间约为24~48小时。5枚囊胚成功孵化并且生长为ICM克隆。
2.人们大多使用的进口丝裂霉素处理成纤维细胞来制备饲养层,其效果虽然毋庸质疑,但价格昂贵,且购买过程费时费力。国产丝裂霉素价格有优势,但效果如何却无人尝试。我们用国产丝裂霉素进行了大胆的尝试。以经此丝裂霉素处理后的小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)做饲养层,成功培养出5株小鼠胚胎干细胞系。
3.选取其中的一株细胞系进行了常规的ES细胞各项指标的检测,结果如下:
形态观察:呈克隆状生长,细胞紧密地聚集在一起,形似鸟巢,细胞界限不清,消化成单细胞后可见细胞小而圆,核大,胞浆小。荧光显微镜观察显示ES细胞克隆发出很强的绿色荧光。核型分析:ES细胞具有正常二倍体核型,共40条染色体。
碱性磷酸酶(AKP)染色:ES细胞克隆被染成深蓝色,说明细胞显示碱性磷酸酶活性。
SSEA-1染色和OCT-4染色:呈阳性。
类胚体和畸胎瘤:EGFP标记的ES细胞在体外分化形成类胚体表明具有很好的分化潜能,形成的类胚体在荧光显微镜下发出很强的绿色荧光。体内分化实验所获得的畸胎瘤中存在各种组织细胞,如一些神经上皮样组织(外胚层);横纹肌(中胚层);呼吸上皮样组织(内胚层)等,这进一步证明所分离获得的小鼠ES细胞具有三个胚层的分化能力。
二、杂种胚胎来源的ES细胞的体内分化研究一嵌合体的制作及鉴定
1.子宫冲胚,收集昆明小鼠3.5d的囊胚作为受体胚胎。制备ES细胞的单细胞悬液(代数为10到20代之间)作为供体细胞。然后进行ES细胞囊胚腔注射,每个囊胚腔内注入10~15个ES细胞。
2.注射后囊胚腔消失。继续培养1~3h后,选择84枚囊胚腔复原的胚胎分别植入到8只假孕母鼠子宫中继续发育,孕期19.5d,实验重复次数为8次。有5只孕鼠自然生产,共产仔13只,其中9只为毛色嵌合小鼠,其中高度嵌合、中度嵌合和低度嵌合小鼠分别是5只、2只和2只。高度嵌合小鼠:毛色基本为黑或灰色。中度嵌合小鼠:介于高度和中度嵌合之间。低度嵌合小鼠:毛色仅有一小片黑或灰色。
3.生殖系嵌合能力检测:选取5只毛色高度嵌合的雄性小鼠分别与5只昆明雌鼠交配,有两组各产仔13只,其中每组分别有8只其它毛色表型。另外三一个交配组合除了一组产生全白的后代,其余两组未见有后代出生。昆明雌鼠与雄性嵌合鼠杂交1代(F1)毛色表型分析显示该ES细胞系具有生殖系转化能力。由于出现ES细胞来源的雄性后代,所以确定该杂种ES细胞的核型为XY。
4.流式细胞分析:分别将2只高度嵌合小鼠和1只中度嵌合小鼠的心、脾、肾、骨髓消化成为单细胞悬液,进行流式细胞检测,结果显示EGFP。ES细胞在心、脾、肾、骨髓上的嵌合率分别是77.96%、84.06%、42.49%和52.02%。